钙钛矿太阳能电池火到什么程度，NS告诉你答案！

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更新时间：2020-06-12

能源问题和环境问题不断将钙钛矿太阳能电池推向研究前沿。钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。目前，PSCs的PCE与成熟的薄膜太阳能电池如铜铟硒化镓（CIGS）和碲化镉（CdTe）太阳能电池性能相当。今年以来，Science、Nature已刊发十多篇相关研究成果，无疑是NS里最热门的明星材料，连石墨烯也要甘拜下风。钙钛矿太阳能电池发展的关键问题：稳定性、材料安全性等是否有了解决的途径呢。

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Science：钙钛矿半导体的稳定异质结构

上海交通大学的杨旭东、韩礼元教授团队，报告一个解决方案处理策略，以稳定钙钛矿基异质结构。强Pb-Cl和Pb-O键形成于[CH(NH₂)₂]_x[CH₃ NH₃]_1−xPb_1+yI₃膜与富含Pb的表面和氯化石墨烯氧化层之间。所构建的异质结构可以选择性地提取光生载流子，阻止软钙钛矿中分解组分的损失，从而减少对有机电荷输运半导体的损伤。在AM1.5G太阳光，60℃下照射1000h，孔径为1.02 cm²的钙钛矿太阳能电池在最大功率点下测试后，保持了其初始效率的90%（初始值为21％）。另外，该老化装置稳定的输出效率得到了进一步认证。相关研究以“Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors”为题目，发表在Science上。

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Science：热力学稳定的 CsPbI₃基钙钛矿太阳能电池，效率> 18%

虽然β-CsPbI₃有一个有利于串联太阳能电池应用的带隙，但在实验上沉积和稳定β-CsPbI₃仍然是一个挑战。上海交通大学赵一新教授、洛桑联邦理工学院Michael Grätzel、M. Ibrahim Dar教授和冲绳科学技术大学戚亚冰团队获得了高结晶的β-CsPbI₃薄膜，具有宽展的光谱响应和增强的相位稳定性。基于同步辐射的x射线散射发现了高度定向的β-CsPbI₃晶粒，痕量的元素分析包括电感耦合等离子体质谱和飞行时间二次离子质谱-证实了它们的全无机组成。通过表面加碘化胆碱处理，进一步减轻了钙钛矿层裂纹和孔径的影响，提高了电荷载流子寿命，改善了β-CsPbI₃吸收层与载流子选择接触之间的能级对准。在45±5℃的环境条件下，由处理过的材料制成的钙钛矿太阳能电池具有良好的可重复性和稳定的效率，其效率可达18.4%。相关研究以“Thermodynamically stabilized β-CsPbI₃–based perovskite solar cells with efficiencies >18%”为题目，发表在Science上。

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Science：铅氧盐稳定卤化物钙钛矿表面

北卡罗来纳大学教堂山分校、内布拉斯加大学林肯分校的黄劲松教授团队研究了宽带隙的铅氧盐来稳定卤化物钙钛矿表面的太阳能电池。结果表明，将卤化铅钙钛矿表面与硫酸盐或磷酸盐离子反应生成不溶性铅(II)氧盐，可以有效地稳定钙钛矿表面和大块材料，这些包覆的铅氧盐薄层通过形成牢固的化学键来增强钙钛矿薄膜的耐水性。宽禁带的铅氧盐层也通过钝化不协调的表面铅中心来降低钙钛矿表面的缺陷密度。铅氧盐层的形成增加了载体的复合寿命，使太阳能电池的效率提高到21.1%。在模拟太阳光AM 1.5 G照射，65℃下1200h，铅氧盐层稳定的封装器件在最高功率点下运行后，其初始效率维持在96.8%。

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Science: Eu³⁺/Eu²⁺离子对赋予钙钛矿太阳能电池超强耐久性

金属卤化物钙钛矿吸收器中的软质组分在器件制造和运行过程中，经常产生铅(Pb)⁰和碘(I)⁰缺陷。这些缺陷不仅是导致器件效率下降的复合中心，而且是影响器件寿命的降解引发剂。北京大学周欢萍、孙聆东和严纯华院士课题组证明了铕离子对：Eu³⁺-Eu²⁺作为“氧化还原梭”，选择性地氧化Pb⁰，同时在循环过渡中减少I⁰缺陷。该装置实现了21.52%的功率转换效率(PCE)，大大提高了长期耐久性。设备在1日连续光照或85°C，1500h，分别保留了92%和89%的峰值PCE，在最大功率点跟踪500h后，分别保留了91%的原始稳定PCE。相关研究以“A Eu³⁺-Eu²⁺ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells”为题目，发表在Science上。

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